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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Betriebsverfahren für einen elektrischen Durchlauferhitzer gemäss den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches.
Elektrische Durchlauferhitzer bestehen vorzugsweise aus einem Kunststoffkanalblock, der einen durchgehenden Wasserkanal aufweist, in dem hydraulisch in Serie liegend mehrere beheizte Widerstände vorgesehen sind, die alle über Schalter an ein Drehstromnetz an- beziehungsweise von Ihm abgeschaltet werden können. Zwischen den beheizten Kanalstrecken sind unbeheizte Strecken oder Abstände vorgesehen. Somit wird die elektrische Leistung als Wärme nicht gleichmässig auf den Wasserstrom im Kanal übertragen, sondern schrittweise.
Muss eine elektrische Leistung angepasst werden, beispielsweise weil der Verbraucher kühleres oder wärmeres Wasser verlangt oder weil der Durchsatz vom Verbraucher durch Variation des Öffnungsgrades des Zapfventils geändert wird, so erfolgt diese Anpassung stufenweise, indem ein oder mehrere Widerstände vom Netz getrennt beziehungsweise mit dem Netz verbunden werden beziehungsweise Indem der Schaltzustand des den Widerstand beherrschenden Triacs geändert wird (zum Beispiel Schwingungspaketsteuerung). Bei solchen Leistungsanpassungen ergeben sich Temperaturschwankungen des auslaufenden Wassers.
Temperaturschwankungen ergeben sich weiterhin, wenn Leistungsanpassungen aufgrund äusserer Störgrössen auf das System einwirken, beispielsweise bei Änderung des Durchsatzes aufgrund von Schwankungen des Wasserdrucks oder bei Schwankungen der Einlauftemperatur oder der Speisespannung des speisenden Drehspannungsnetzes.
Um dieses Problem zu lösen, wurde gemäss der DE 35 46 214 A 1 vorgeschlagen, aus der über einen einlaufseitigen Widerstand gemessenen Temperaturerhöhung die für die Aufheizung des Wassers auf die Solltemperatur erforderliche Leistung der im Wasserstrom aufwärts liegenden Widerstände zu berechnen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren anzugeben, mit dem die Auslauftemperatur eines Durchlauferhitzers möglichst konstant gehalten werden kann, obwohl Störgrössen infolge von Leistungsanpassungen auf die Beheizung einwirken.
Die Lösung der Aufgabe liegt erfindungsgemäss in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs. Auf diese Weise werden unerwünschte temporäre Auslauftemperaturschwankungen, die bei Le ! Stungsanpassungsverfahren zur Auslauftemperatursteuerung oder aufgrund von Störgrössenänderungen auftreten, verhindert beziehungsweise kompensiert. Dabei werden die Kompensationsleistungen jeweils zeltnchtlg angebracht, womit auch bei mehreren Störgrössenänderungen Schwankungen der Auslauftemperatur verhindert werden.
Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Fig. der Zeichnung näher erläutert.
Der Durchlauferhitzer besteht aus einem Kunststoffkanalblock, der einen Wasserkanal 1 aufweist. Dieser weist einen Anfang 2 und ein Ende 3 auf. An das Ende schliesst sich eine Zapfwasserleitung an, die von einem Zapfventil 4 beherrscht wird. Aufgrund der Querschnittsabmessungen des Kanals ergibt sich ein Durchsatz D In einer Richtung des Pfeils 5. Am Beginn 2 des Kanals Ist ein Wasserschalter 6 angeordnet, der über einen Hebel 7 mit einem dreiphasigen Leistungsschalter 8 verbunden ist, der ein speisendes Drehspannungsnetz mit Aussen leitern L 1, L2 und L3 an das System anschalten kann oder es von ihm trennt. In dem Wasserkanal 1 liegen hydraulisch in Serie beheizbare Widerstände in Form von Blankdrahtwicklungen R1 bis R4.
Von diesen Ist der Widerstand R1 an seinem einen Ende 9 über eine Leitung 10 mit dem Aussenleiter L2 verbunden, sein anderes Ende 11 ist über einen Triac V1 und einer Leitung 12 mit dem Aussenleiter L3 verbunden. Die Steuerelektrode 13 des Triacs ist über eine Leitung 14 mit einer Steuereinrichtung 15 verbunden. Der Widerstand R1 ist der letzte beheizte Widerstand des Kanals. In einem Abstand 16 stromauf von Ihm befindet sich der Widerstand R2, dessen eines Ende 17 über einen Triac V2 und einer Leitung 18 mit dem Aussenleiter L 1 verbunden ist. Das stromaufseitige Ende 19 des Widerstandes R2 ist über eine Leitung 20 zu einem Verbindungspunkt 21 geführt, der die Leitung 20 mit der Leitung 12 verbindet.
In einem weiteren Abstand 22 stromauf vom Widerstand R2 ist der Widerstand R3 angeordnet, dessen stromabseitiges Ende 23 über einen Tnac V3 und eine Leitung 24 mit einem Verbindungspunkt 25 verbunden ist, der die Leitung 24 mit der Leitung 18 verbindet. Das stromaufseitige Ende 26 des Widerstandes R3 ist über eine Leitung 27 mit einem Verzweigungspunkt 28 verbunden, der in der Leitung 12 liegt. In einem weiteren Abstand 29 stromauf des Widerstandes R3 ist der Widerstand R4 angeordnet, der über eine Leitung 30 mit einem Verbindungspunkt 31 in der Leitung 18 und über eine Leitung 32 mit einem Verbindungspunkt 33 in der Leitung 10 verbunden ist.
Dieser Widerstand R4 ist unmittelbar mit dem Aussenleitern L 1 und L2 verbunden, wenn man vom Schalter 8 absieht. Bel Einschaltung des Wasserschalters 6 ist dieser Widerstand stets mit derselben Spannung beheizt. Stromab des Widerstandes R4 ist ein Temperaturfühler 34 angeordnet, der über eine Leitung 35 mit der Steuervorrichtung 15 verbunden ist.
Der Widerstand R1 weist eine Längenabmessung 40, der Widerstand R2 eine solche von 41, der
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Widerstand R3 eine solche von 42 und der Widerstand R4 eine solche von 43 auf.
Stromauf des Widerstandes R4 ist ein weiterer Temperaturfühler 36 angeordnet, der über eine Messleitung 37 mit der Steuervorrichtung 15 verbunden ist. Die Steuervorrichtung 15 ist mit einem Sollwertgeber 38 versehen, der über eine Leitung 39 auf sie geschaltet ist.
Die Steuervorrichtung 15 schaltet die Schaltzustände der Triacs V1 bis V3 derart, dass der Triac V1 eine sehr feinstufig variierbare Leistungsdarbietung am Widerstand R1 gestattet. Die Leistungsstufung an den Widerständen R2 und R3 ist im Gegensatz zur eben genannten sehr viel grober darstellbar. Insbesondere sind die Widerstände R2 und R3 nur fest zu- bzw. abschaltbar. Der Widerstand R1, der die feinstufig darstellbare Leistung gestattet, kann auch aus mehreren Teilwiderständen bestehen.
Die Schaltung bzw. das Betriebsverfahren für die Schaltung arbeitet nun wie folgt : Wird durch Öffnen des Zapfventils 4 Wasser gezapft, so betätigt der Wasserschalter 6 den Leistungsschal- ter 8, so dass das speisende Drehspannungsnetz mit seinen Aussenleitern auf die Widerstände schaltbar ist.
Die Leistung hängt jetzt von den Schaltzuständen der Triacs bzw. ihrer Betriebsweise ab. Die Steuervorrichtung 15 schaltet die Triacs ein bzw. aus bzw. beaufschlagt sie mit einer Schwingungspaketsteuerung mit vanablem Tastverhältnis.
Mit dem Temperaturfühler 36 wird die Einlauftemperatur bzw. deren Schwankungen erfasst. Mit dem Messfühler 34 wird die Temperatur stromab des fest an Spannung liegenden Widerstandes R4 erfasst.
Aus der Differenz der beiden Temperaturwerte ist bei vorgegebener Spannung am Widerstand R4 und bei vorgegebenem Kanalquerschnitt der Durchsatz bzw. die Durchsatzgeschwindigkeit ermittelbar. Andererseits sind bei gegebenem Durchsatz aus der Differenz der beiden Temperaturwerte die Schwankungen der Versorgungsspannung erfassbar.
Genaugenommen wird nur eine Schwankung zwischen den Aussen leitern L 1 und L2 erfasst. Will man die beiden anderen möglichen Spannungsänderungen auch erfassen, wäre der Festwertwiderstand 4 entsprechend zu unterteilen und zu beschalten.
Wird ein bestimmter Wasserdurchsatz durch den Öffnungsgrad des Ventils 4 eingestellt, und liegt die Einlauftemperatur fest, so muss abhängig davon eine bestimmte elektrische Leistung durch die Widerstände R1 bis R4 dargeboten werden, um zur gewünschten Auslauftemperatur zu kommen. Dies ist durch Einstellung unterschiedlicher Schaltzustände der Triacs V1 bis V3 abhängig von den gemessenen Temperaturwerten möglich.
Ändern sich jetzt bei fester vorgegebener Auslauftemperatur die Störgrössen, wie die Höhe der Einlauftemperatur, Grösse des Durchsatzes bzw. Höhe der speisenden Aussenl6lìerspannung, so folgt hieraus zunächst eine Änderung der Auslauftemperatur. Dies macht eine Änderung der durch die Widerstände R1 bis R3 erzeugten Leistung und damit der Schaltzustände der Triacs V1 bis V3 erforderlich, die sich wieder aus den Temperaturmesswerten ergibt, um die entstehende Änderung der Auslauftemperatur zu kompensieren. Wird diese Leistungsänderung oder Zusatzleistung, die positiv oder negativ sein kann, unmittelbar vorgenommen, so führt dies im allgemeinen zu nicht gewünschten temporären Schwankungen in Form von Erhöhungen bzw. Erniedrigungen der Auslauftemperatur.
Zur Vermeidung solcher Schwankungen wird erfindungsgemäss so vorgegangen, dass der Einfluss einzelner Störgrössen und die daraus resultierenden erforderlichen einzelnen Kompensationsleistungen ermittelt werden.
Diese Kompensationsleistungen werden dann abhängig vom Ort des Entstehens der entsprechenden Temperaturänderung und dem Ort der Widerstände, die die Kompensationsleistungen aufbringen, zeitverzögert eingestellt, wobei sich die Zeitverzögerung aus den geometrischen Abmessungen der unbeheizten Strecken zwischen den Widerständen und den Längenerstreckungen der Widerstände 40. 41. 42. 43 und dem Durchsatz, der aus den gemessenen Temperaturwerten ermittelt wird, ergibt.
Ändert sich beispielsweise die Einlauftemperatur am Anfang des Wasserkanals, so wird diese Änderung vom Temperaturfühler 36 unmittelbar erfasst. Soll diese Störgrössenänderung beispielsweise durch den Widerstand R1 kompensiert werden, so muss dies verzögert geschehen, da die Änderung der Einlauftemperatur aufgrund der endlichen Durchflussgeschwindigkeit des Wassers durch den Kanal 2 eine gewisse Zeit braucht, um an die Kompensationsstelle zu gelangen. Demgemäss verzögert setzt die Leistungskompensation ein. Da dies abhängig vom Durchsatz geschieht, ist die Durchsatzmessung wieder über das System, bestehend aus den Temperaturfühlern 36 und 34 In Verbindung mit dem Widerstand R4, möglich.
Die zu beachtenden Verzögerungszelten sind In der Steuervorrichtung 15 gespeichert und sind natürlich unterschiedlich, je nach dem an welcher Stelle der Widerstände R1 bis R3 die Kompensation erfolgt, wobei auch eine Kompensation an mehreren Stellen möglich ist, wobei sich dann unterschiedliche Kompensationsteilzeiten ergeben.
Die Änderungen der Störgrössen Durchsatz- und Aussenleiterspannungsänderungen werden gemeinsam analog kompensiert. Wesentlich ist aber, dass der Einfluss einzelner oder zusammengefasster Störgrössen
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